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IFW Implantate fertigen – willkommen im industriellen Internet der Dinge

| Autor/ Redakteur: Benjamin Bergmann, Berend Denkena, Karl Doreth, Sebastian Kaiser* / Kathrin Schäfer

Steigende Marktanforderungen und die neue Medizinprodukte-Verordnung stellen Produzenten von Implantaten vor Herausforderungen. Diesen begegnet das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) innerhalb des Projekts Tempo-Plant mit einer teilautonomen Fertigungszelle sowie einer plattformbasierten Datenarchivierung und -auswertung.

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Das Bearbeitungszentrum wird durch einen mobilen Arbeitsplatz erweitert, der mit einem Industrieroboter und einem Messsystem ausgestattet ist.
Das Bearbeitungszentrum wird durch einen mobilen Arbeitsplatz erweitert, der mit einem Industrieroboter und einem Messsystem ausgestattet ist.
(Bild: IFW)
  • Forschungsprojekt Tempo-Plant: Umsetzung und Erforschung einer teilautonomen Fertigungszelle für die Implantatfertigung
  • IIoT-Plattform Adamas bildet Herzstück der teilautonomen Produktion

In Folge der kontinuierlich wachsenden Weltbevölkerung und des demografischen Wandels steigt auch der Bedarf an orthopädischen Implantaten. Mit der Weiterentwicklung von Implantaten und Operationsmethoden nehmen zugleich die Anforderungen an deren Individualisierung und Lieferzeiten zu. Eine Lagerhaltung ist durch die Individualisierung nicht möglich. Daneben ist davon auszugehen, dass die neue europäische Medizinprodukte-Verordnung MDR zu einem erhöhten bürokratischen Aufwand führt. Häufig werden für die Datenablage viele verschiedene Dokumentationssysteme und überwiegend sogar Papierdokumente verwendet. Die nachträgliche und langfristige Auswertung relevanter Daten ist dadurch nur mit einem hohen zeitlichen und personellen Aufwand möglich. Diesen Herausforderungen können Implantathersteller nur durch innovative Produktionssysteme und einen gezielten Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien begegnen.

Das IFW der Leibniz Universität Hannover hat mit mehreren Industrieunternehmen das Forschungsprojekt Tempo-Plant begonnen. Ziel ist die Umsetzung und Erforschung einer teilautonomen Fertigungszelle für die Implantatfertigung am Beispiel eines Distal-Radial-Ulnar-Joint-(DRUJ)-Implantats und eines Dentalimplantats. Die Implantate werden dabei auf einem Bearbeitungszentrum des Typs Milltap 700 des Herstellers DMG Mori gefertigt. Wie im Bild zu sehen ist, befindet sich neben dem Bearbeitungszentrum ein mobiler Arbeitsplatz. Dieser ist mit einem Roboter zum Be- und Entladen der Maschine und einem optischen Messsystem der Firma Carl Zeiss AG ausgestattet. Am angrenzenden Arbeitsplatz können Mitarbeiter die Montage der Vorrichtungen und andere manuelle Prozessschritte durchführen.

Ziel ist, steigende Anforderungen an die Fertigungsqualität zu meistern

Neben der Fertigungszelle bildet die IIoT-Plattform (Industrial Internet of Things) Adamos das Herzstück der teilautonomen Produktion. Alle Teilsysteme werden mit der Plattform verbunden, sodass alle relevanten Mess- und Prozessdaten zentral gespeichert werden können. Die Server für die Plattform können dabei auch lokal betrieben werden, sodass eine hohe Datensicherheit gewährleistet wird. Integrierte Applikationen werten die Daten aus und führen die beschriebene automatisierte Bahnplanung für zukünftige Fräsbearbeitungen durch. Die mit dem optischen Messsystem erfasste Geometrie des gefertigten Implantats wird ebenfalls mit Hilfe einer Mess-Applikation in Adamos gespeichert und weiterverarbeitet. Im Vordergrund steht dabei die fertigungsbegleitende Dokumentation nach Vorgabe der MDR. Der Aufwand für die sonst manuell durchgeführte Qualitätssicherung und Dokumentation kann damit deutlich reduziert werden.

Ein großer Vorteil in der Verwendung der Plattform Adamos liegt in der Skalierbarkeit durch die Integration weiterer Prozessschritte. Somit ist es zusätzlich möglich, relevante Daten externer Lieferanten an einem Ort über die gesamte Prozesskette hinweg zum Zweck der MDR-Zertifizierung zu speichern. Das ermöglicht die übergeordnete Auswertung der Daten im Rahmen der vorgeschriebenen Post-Market Surveillance oder Summary of Safety and Clinical Performance.

Durch die Verknüpfung von Bearbeitungszentrum, optischer Messtechnik und Roboterautomatisierung können ein hoher Automatisierungsgrad und eine integrierte Qualitätskontrolle realisiert werden. Die Anbindung an eine IIoT-Plattform ermöglicht eine effiziente Datenarchivierung und -auswertung entsprechend aktuellen MDR-Vorschriften. Zurzeit werden die Anforderungen an Fertigungszelle und IIoT-Plattform definiert, welche notwendig sind, um die teilautonome Fertigungszelle im Rahmen der Medizinprodukte-Verordnung betreiben zu können. Das Projekt Tempo-Plant hat somit das Potential, die Produktivität trotz stetig steigender Anforderungen an die Fertigungsqualität und hohen gesetzlichen Anforderungen zu steigern.